Pomiar wilgotności gleby

12

tło

Aby rozpocząć od dawna moją ambicję powrotu do elektroniki, postanowiłem spróbować urządzenia, które mierzy wilgotność gleby w doniczkach, aby ustalić, czy należy je podlać. Celem pierwszego wcielenia jest doprowadzenie do pokazania aktualnego poziomu wody w roślinie (dodanie wody jest czerwone!), Ale oczywiście mam dzikie plany na podlewanie roślin po drodze.

Mój pierwszy dźgnięcie było oparte na instruktażu Garduino , a konkretnie na tym obwodzie tutaj:

wprowadź opis zdjęcia tutaj

Jest to prosty dzielnik napięcia wykorzystujący znany rezystor i dwie elektrody z drutu miedzianego utknięte w ziemi jako urządzenie pomiarowe. Napięcie zmierzone przy A0użyciu ADC na moim Teensy ++ jest proporcjonalne do stosunku rezystancji i mogę wrócić do rzeczywistej rezystancji gruntu.

Jednak w praktyce opór gleby okazał się bardzo duży. Niemal natychmiast po włączeniu urządzenia zmierzony opór gruntu zaczął spadać. (Dzieje się tak również, jeśli włożysz multimetr do instalacji.) Po kilku dniach pomiaru nie mogłem znaleźć użytecznego związku między pomiarami a poziomem wilgotności. Usunięcie sondy i jej sprawdzenie ujawniło znaczny nalot na anodzie. Dla mnie oznacza to, że zachodzi jakaś reakcja chemiczna (elektroliza?). Multimetr mierzy różnicę napięć rzędu kilkudziesięciu miliwoltów: zamieniłem moją elektrownię w akumulator!

Anoda oksydowana

Aby uniknąć tego problemu, przeniosłem się do sondy zbudowanej ze śrub ze stali nierdzewnej. Ponieważ są znacznie mniej reaktywne niż miedź, utlenianie powinno stanowić mniejszy problem. Ponadto, aby uniknąć „ładowania” gleby, umieściłem dzielnik napięcia między dwoma pinami wyjścia cyfrowego Teensy. Pomiar odbywa się w następujący sposób:

  • Oba piny są utrzymywane na niskim poziomie, gdy nie odbywa się pomiar.
  • Wbijam jeden pin wysoko. Czekam jedną milisekundę i mierzę napięcie w środku dzielnika.
  • Odwracam napięcia pinów (wysokie <-> niskie), odczekam jedną milisekundę i ponownie dokonam pomiaru. Powinienem teraz zmierzyć uzupełnienie pierwszego pomiaru.
  • Oba piny są ponownie obniżane i urządzenie śpi do następnego pomiaru.

Zmniejsza to problem utleniania, ale zmierzony opór gleby wciąż zaczyna spadać, gdy tylko zacznę mierzyć.

Pytanie

  1. Czy ktoś może polecić solidną metodę pomiaru wilgotności gleby?
  2. Czy ktoś może wyjaśnić, co się tutaj naprawdę dzieje?
drxzcl
źródło

Odpowiedzi:

1

Burza mózgów:

Ostatnio czytałem o wykrywaniu pojemnościowym . Czujniki pojemnościowe mają tę wielką zaletę, że można je całkowicie hermetycznie uszczelnić za cienką warstwą plastiku, dzięki czemu nie ma narażonego metalu na korozję. ( „Elektronika i robotyka: Wyczuwasz dotyk przez grubą powierzchnię?” )

Ponieważ nie można przepłynąć prądu stałego przez plastik, czujniki takie muszą wykorzystywać prąd przemienny, jak sugerował Leon Heller.

Niestety, większość dyskusji, które widziałem, dotyczyła odpowiedzi tylko na inteligentne naciśnięcia palcem; jak mało jest dyskusji o wodzie i wilgoci, o tym, jak zmniejszyć wrażliwość czujników pojemnościowych na rozbryzgi wody. ( „Fora Sparkfun: czujniki pojemnościowe i wodoodporność” ). Tak wyraźnie, że są wrażliwe na wodę, więc być może możesz użyć tej „wady” i zamienić ją w funkcję.

Davidcary
źródło
Tak, to z pewnością zadziała i jest to moja obecna linia pytań. Głównym problemem, jaki mam, jest zaprojektowanie sondy w taki sposób, że ma wahania pojemności, które są wystarczająco duże do zmierzenia. To jest moje główne źródło inspiracji: Mechanical.poly.edu/faculty/vkapila/ME3484/Readings/…
drxzcl
Robię duże postępy dzięki czujnikowi pojemnościowemu. Głównym wyzwaniem jest upewnienie się, że wilgoć nie ma bezpośredniego kontaktu z elektrodami, ponieważ zamienia to w obciążenie rezystancyjne. Ale myślę, że część elektroniki się sprawdziła.
drxzcl
6

Powinieneś używać prądu przemiennego, aby uniknąć polaryzacji elektrod, z układem mostka Wennera.

Leon Heller
źródło
1
Czy mógłbyś bardziej szczegółowo opracować koncepcję mostu Wenner? Wyszukiwanie przynosi głównie artykuły z czasopism i nie mam do nich dostępu bez fizycznego pójścia do biblioteki uniwersyteckiej. Tytuły (pomiary zasolenia itp.) Wydają się obiecujące!
drxzcl 27.01.11
3

Jedyną znaną mi metodą pomiaru wilgotności gleby jest użycie tych sond.

avra
źródło
Bardzo interesujące! Słyszałem o sondach mierzących stałą dielektryczną przez zbudowanie kondensatora, ale widziałem jakąkolwiek na sprzedaż. Ponieważ jest to projekt hobby, wolę „budować” niż „kupować”, ale wolę „kupować” niż „nic”;)
drxzcl 28.01.11
W tej notatce: „Ponieważ nasza sonda mierzy stałą dielektryczną gleby za pomocą technik linii przesyłowych, jest ona niewrażliwa na zasolenie wody i nie ulega korozji w czasie, podobnie jak sondy oparte na przewodności”. - brzmi dokładnie tak, jak potrzebuję technologii.
drxzcl
Próbuję dowiedzieć się dokładnie, jak działają sondy w udostępnianym łączu. Czy używają TDR czy TDT? Czy to tylko pojemność? Co zawiera podstawowa konfiguracja do replikacji ich funkcjonalności?
Davido,
2

Oto jak to robi botanicalls .

Toby Jaffey
źródło
Czy mam rację zakładając, że piny 9, 10 i 12 są używane do innych celów? Nie wydają się wpływać na obwód czujnika.
drxzcl
Tak, wygląda na to, że 9 i 10 tylko kontrolują diody LED, a 12 to przełącznik
Toby Jaffey
1
Zobaczmy, czy to dostanę. Podbiłbym 8 wysoko, ustanawiając (mały) prąd przez sondę. Prąd ten jest wzmacniany przez BJT i ​​zmierzyłbym spadek napięcia tego prądu na znanym oporniku 100 Ohm. Co by mnie to kupiło w stosunku do konstrukcji dzielnika napięcia?
drxzcl 27.01.11
Dzięki za wskazanie mnie do Botanicalls! Sprawdziłem ich schematy i kod i dokonałem kilku interesujących odkryć, pomijając różnicę w powyższych obwodach pomiarowych. Używają elektrod ze stali ocynkowanej, które są pod napięciem tylko podczas pomiaru (bez opóźnienia, nawet ms) i nadal mają problemy z degradacją z powodu elektrolizy. Utrzymują także średnią ruchomą odczytów czujnika wilgotności, domyślnie 10 próbek w ciągu 2 minut. Spróbuję trochę i zdam relację.
drxzcl
2

Skonstruowałem czujnik wilgotności gleby za pomocą dwóch ocynkowanych gwoździ osadzonych w cylindrze Plaster of Paris. Nie testowałem tego przez wystarczająco długi czas, aby wyciągnąć jakiekolwiek wnioski, ale możesz eksperymentować z tym projektem.

Tynk neutralizuje wszelki kwas w wilgoci, izolując w ten sposób zawartość wilgoci jako zmienną (ale działa również jako rodzaj filtra dolnoprzepustowego!) + Galwanizacja paznokci pomaga zapobiegać ich utlenianiu.

Proszę pisać, jeśli znajdziesz dobre rozwiązanie.

taras
źródło
Teraz, kiedy masz już trochę czasu z tymi czujnikami, czy wiesz już więcej o ich trwałości? Szczególnie martwi mnie korozja galwaniczna ....
angelatlarge
1

Możesz spróbować użyć czujników Irrometer Watermark. Używam ich teraz do pomiaru wilgotności gleby. Jeśli jesteś zainteresowany, mogę spróbować wykopać schemat.

krapht
źródło
Spojrzałem na stronę internetową i zauważyłem, że mają zarówno czujniki pojemnościowe, jak i czujniki rezystancyjne wbudowane w gips. Z którego korzystasz Czy są jakieś dobre?
drxzcl
0

Poleciłbym czujniki znaku wodnego. Są trwałe i dość łatwe do odczytania. Potrzebujesz dwóch wyjść cyfrowych i jednego wejścia na czujnik.

Podłącz każdy miernik do wyjść, szeregowo z rezystorem 10k. Kiedy chcesz zmierzyć, ustaw jedno wyjście na wysokie, a drugie na niskie. Zmierz napięcie na czujniku. http://www.irrometer.com/pdf/supportmaterial/sensors/voltage-WM-chart.pdf ma wykres zgrubnej kalibracji; musisz ustalić „całkowicie mokry” poziom podstawowy. Ponieważ należy dokładnie zmoczyć glebę po zakopaniu czujnika, i tak byś to zrobił, aby upewnić się, że działa poprawnie.

Używasz dwóch wyjść, ponieważ należy zmienić biegunowość, aby uniknąć korozji.

Matthias Urlichs
źródło